Come calcolare la pressione totale all'equilibrio

Tramite: O2O 20/03/2018
Difficoltà: media
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Introduzione

Quando ci troviamo a studiare la chimica, dobbiamo tener conto dei comportamenti relativi alle sostanze presenti in natura, che interagiscono tra loro in diversi modi. L'equilibrio chimico è il risultato di una reazione di tipo reversibile e si ottiene nel momento in cui la reazione diretta e quella inversa si verificano nel medesimo intervallo di tempo. Si parlerà poi di pressione totale all'equilibrio per indicare un valore ben preciso. Si tratta della somma delle pressioni parziali all'equilibrio di tutte le sostanze che vengono coinvolte in una reazione chimica. Per ottenere questo risultato dobbiamo effettuare un calcolo relativo alle concentrazioni molari all'equilibrio di ogni singola. Subito dopo andremo ad applicare l'equazione di stato dei gas, quindi calcoleremo le pressioni parziali all'equilibrio. In ultima battuta, potremo ricavare la pressione totale all'equilibrio dell'intero sistema. Andiamo dunque ad analizzare ogni step su come calcolare la pressione totale all'equilibrio.

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Occorrente
  • Nozioni basilari sulla pressione parziale, l'equazione di stato dei gas e l'equilibrio chimico
  • Tabella delle concentrazioni
  • Conoscenze di base sulle moli dissociate
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Determinare tutti valori necessari a svolgere l'equazione dell'equilibrio totale

Per ottenere il valore relativo alla pressione totale all'equilibrio, dobbiamo conoscere alcuni specifici elementi. Innanzitutto ci occorre la reazione bilanciata, poi dovremo disporre del valore della costante di equilibrio. Inoltre avremo bisogno delle quantità iniziali di ogni sostanza, che si indicano con la molarità o la pressione parziale. Infine è doveroso conoscere la direzione in cui la reazione si muove per portare l'equilibrio chimico. Una volta trovati tutti questi dati importantissimi, possiamo passare a scrivere l?espressione dell?equilibrio relativa alla reazione. Assicuriamoci che tutte le quantità vengano espresse nel modo giusto, con unità di misura adeguate. A questo punto inizieremo a determinare la direzione della reazione, quindi calcoliamo il coefficiente di reazione. A tal proposito, ci tornerà utile una tabella ICE (Initial Change Equilibrium), grazie alla quale definiremo le quantità delle specie chimiche all'equilibrio con un'unica incognita. Scriviamo l'espressione della costante di equilibrio e andiamo a sostituire le varie quantità. Risolveremo così l'equazione rispetto all'incognita. Teniamo conto, in questa fase, delle concentrazioni iniziali e delle variazioni.

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Calcolare le pressioni parziali all'equilibrio

Occupiamoci adesso del calcolo relativo alle pressioni parziali di tutte le specie all'equilibrio. Facciamo un esempio pratico per capire meglio come procedere. Se abbiamo una pressione di 2.00 atm di SO3, 0.150 atm di SO2, 0.200 atm di NO2 e 1.50 atm di NO, collochiamole in un contenitore. All'interno di quest'ultimo la temperatura sarà di 460 °C e la costante di equilibrio Kp corrisponderà a 85.0. In questo caso, otterremo la seguente reazione chimica: SO2(g) + NO2 (g) ? NO (g) + SO3 (g). Teniamo conto della reazione e andiamo a scriverne l?espressione dell?equilibrio. Avremo dunque Kp = P (NO) P (SO3) / P (SO2) P (NO2) = 85.0. Dal momento che ci stiamo servendo di Kp, non dobbiam oeffettuare alcuna conversione. Il motivo di tale scelta risiede nel fatto che le unità di misura risultano appropriate così come sono. Inzialmente vediamo che sia i reagenti sia i prodotti sono tutti presenti. Di conseguenza andremo a calcolare il coefficiente di reazione, che ci servirà per determinare la direzione di spostamento dell?equilibrio. Ne deriva che Q = (2.00)(1.50)/ (0.150)(0.200) = 100. Poiché abbiamo Q > Kp, possiamo dedurre che la reazione ha un andamento orientato da destra verso sinistra.

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Calcolare le pressioni totali all'equilibrio

Torniamo sull'espressione della costante di equilibrio. Arrivati a questo punto dovremo risolvere l'equazione rispetto a x. Avremo dunque 85.0 = (1.50-x)(2.00-x)/ (0.150+x)(0.200+x). Da qui otterremo x = 0.013 atm. Teniamo conto di tutte le concentrazioni iniziali e anche delle variazioni. In base a questi dati ci accingeremo a calcolare le pressioni di ciascuna specie all'equilibrio. Dovremo scrivere quindi P (SO2) = 0.150 + x = 0.150 + 0.013 = 0.163 atm, P (NO2) = 0.200 + x = 0.200 + 0.013 = 0.213 atm, P (NO) = 1.50 ? x = 1.50 ? 0.013 = 1.49 atm e P (SO3) = 2.00 ? x = 2.00 ? 0.013 = 1.99 atm. Il totale delle pressioni di tutte le specie coinvolte nella reazione corrisponderà a 3,856 atm. Naturalmente questo tipo di esercizio non è proprio semplicissimo, quindi è consigliabile esercitarsi con una certa costanza. Per qualunque perplessità in merito, potremo sempre consultare un buon manuale di chimica.

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Consigli
Non dimenticare mai:
  • Per un più rapido svolgimento dell'esercizio, sostituire, nell'equazione di stato dei gas, il rapporto tra le moli e il volume con la concentrazione molare già calcolata.
  • Approfondire alcuni argomenti importanti consultando il manuale di chimica.
  • Si utilizza la dissociazione solo se la temperatura è molto alta (vicino ai 1000 K). occorre quindi tenere conto di questa regola.
  • Tener presente che il valore della costante dei gas è R= 0.0821 e ricordare la formula L*atm/K*moli.
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